CN103188499B - 3d成像模组及3d成像方法 - Google Patents

Abstract

一种3D成像模组，其包括第一成像单元、第二成像单元、存储器、色彩分离单元、处理器、图像处理单元、第一驱动器、第二驱动器以及图像合成单元。该第一成像单元以及该第二成像用于同时以不同角度捕捉同一场景的图像。该存储器用于存储该第一成像单元以及该第二成像单元所捕捉的图像。该色彩分离单元用于将该第一成像单元以及该第二成像单元所捕捉到的图像分别用红、绿、蓝三原色表示。该处理器用于确定当前拍摄模式。该图像处理单元用软件计算仿真的方式进行失焦模糊修正。该第一、第二驱动器对该第一成像单元以及第二成像进行对焦。本发明还涉及一种3D成像方法。

Description

3D成像模组及3D成像方法

技术领域

本发明涉及一种成像模块，尤其涉及一种具有自动对焦功能的3D成像模组及3D成像方法。

背景技术

随着科技的进步，3D(three-dimensional)成像模组已经越来越多的应用于许多领域，而为达成较好的成像效果，3D成像模组还要求能够具备自动对焦功能。

成像模块的自动对焦技术分为机械式自动对焦技术以及数字式自动对焦技术。机械式自动对焦技术采用机械结构移动镜头内镜片进行对焦。由于机械式对焦技术要采用复杂的机械结构，导致自动对焦镜头成本上升且体积较大。

数字式自动对焦技术通过软件仿真、计算将影像传感器所感应到的图像进行处理，使得因影像传感器像素点上因失焦而模糊的图像变的清晰。例如，扩展景深(ExtendDepthofField：EDoF)技术，其利用光的三原色(红色、绿色、蓝色)在不同距离时各自有最佳的MTF曲线，物体在不同距离时，可以当下距离的最佳原色利用算法数字仿真出其它两原色，以达到全幅的清晰影像数。然，数字式对焦对焦的缺陷在于对于近距成像能力不足，一般来说，如果物距在40cm以内，则数字自动对焦技术的对焦效果往往不能令人满意。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种避免上述问题的3D成像模组以及3D成像方法。

一种3D成像模组，其包括一个第一成像单元以及一个第二成像单元、一个与所述第一影像传感器以及所述第二影像传感器相连接的存储器、一个与所述存储器相连接的色彩分离单元、一个与所述色彩分离单元相连接的处理器、一个与所述处理器相连接的图像处理单元，分别与所述处理器相连接的一个第一驱动器以及一个第二驱动器，以及一个图像合成单元；所述第一成像单元以及所述第二成像用于同时以不同角度捕捉同一场景的图像；所述存储器用于存储所述第一成像单元以及所述第二成像单元所捕捉的图像；所述色彩分离单元用于将所述第一成像单元以及所述第二成像单元所捕捉到的图像分别用红、绿、蓝三原色表示；所述处理器用于对分别对所述第一成像模块以及所述第二成像模块所捕捉到的图像进行MTF运算，根据运算结果确定每一像素单元所感测到的图像的物距，然后依据该物距来确定当前拍摄模式，在当前拍摄模式为远焦模式时，控制所述图像处理单元，在当前拍摄模式为近焦模式时，控制所述第一驱动器及第二驱动器；所述图像处理单元用于通过图像处理方式对所述第一成像单元以及所述第二成像单元所捕捉到的图像进行失焦模糊修正；所述第一驱动器以及所述第二驱动器分别用于对所述第一成像单元以及所述第二成像单元进行对焦；所述图像合成单元用于将所述第一成像单元以及所述第二成像单元所捕捉的经所述图像处理或者对焦后的图像进行合成，得到3D图像。

一种3D成像方法，其包括如下步骤：

以两个成像单元同时分别以不同角度对同一场景进行拍摄；

将所述两个成像单元的影像传感器所感测到的图像分别进行色彩分离；

对所述两个成像单元的影像传感器每一像素单元所感测到的图像区域进行MTF运算，得到每一像素单元所感测到的图像区域对应的MTF值；

依据所述每一像素单元所感测到的图像的MTF值确定所述每一像素单元所感测到的图像的物距；

依据所述每一像素单元所感测到的图像的物距，确定当前拍摄模式；

如果当前拍摄模式为近焦模式，则进行下列步骤：

依据所述每一像素单元所感测到的图像的物距，分别确定所述两个成像模块的取像镜头最佳对焦位置；

依据所述最佳对焦位置分别确定所述两个成像模块的取像镜头的对焦驱动量；

依据所述对焦驱动量分别驱动所述两个成像模块的取像镜头至最佳对焦位置；

对所述两个成像单元所捕捉的经对焦后的图像进行合成，得到3D图像；

如果当前拍摄模式为远焦模式，则进行下列步骤：

依据所述每一像素单元所感测到的图像区域对应的MTF值，确定对应像素单元所感测到的图像的模糊量；

依据所述每一像素单元所感测到的图像的模糊量，确定对应像素单元所感测到的图像的模糊修正量；

依据所述模糊修正量，对每一像素单元所感测到的图像进行模糊修正；

对所述两个成像单元所捕捉的经模糊修正后的图像进行合成，得到3D图像。

相对于现有技术，所述3D成像模组以及以及3D成像方法利用软件计算仿真的方式确定被摄物体的物距，并根据物距的情形确定当前拍摄模式，依据拍摄模式选择软件计算方式或者驱动取像镜头的方式进行对焦，可以达成无论近焦还是远焦拍摄模式下，都能够得到对焦清晰的图像，将两个成像单元同时拍摄的关于同一场景的图像进行合成，因此可以得到更为清晰的3D图像。

附图说明

图1是本发明实施方式的3D成像模组的示意图。

图2是本发明实施方式的自动对焦方法的流程图。

主要元件符号说明

3D成像模组100

第一成像单元A

第二成像单元B

第一取像镜头11

第一影像传感器12

第二取像镜头13

第二影像传感器14

镜片111、131

存储器20

色彩分离单元30

处理器40

MTF运算模块41

物距运算模块42

物距判断模块43

模糊量运算模块44

模糊修正量运算模块45

对焦位置运算模块46

驱动量运算模块47

图像处理单元50

第一驱动器60

第二驱动器70

图像合成单元80

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作一具体介绍。

请参阅图1，所示为本发明实施方式的3D成像模组100的示意图，所述3D成像模组100包括一个第一成像单元A以及一个与所述第一成像单元A并排设置的第二成像单元B。所述第一成像单元A以及所述第二成像单元B同时以不同的角度拍摄同一场景。

所述第一成像单元A包括一个第一取像镜头11以及一个与所述第一取像镜头11的光轴对准的第一影像传感器12。所述第二成像单元B包括一个第二取像镜头13以及一个与所述第二取像镜头13的光轴对准的第二影像传感器14。

所述第一取像镜头11以及所述第二取像镜头13用于捕捉物体的影像，并分别将捕捉到的影像聚焦投射至所述第一影像传感器12以及所述第二影像传感器14的感测区域。所述第一取像镜头11以及所述第二取像镜头13分别包括至少一个具有正光焦度的镜片111、131，所述镜片111、131为非球面镜片。

所述第一影像传感器12以及所述第二影像传感器14分别用于感测所述第一取像镜头11以及所述第二取像镜头13所捕捉到的影像。所述第一影像传感器12以及所述第二影像传感器14中的每一个均包括多个像素单元(图未示)，所述多个像素单元呈数组状分布于所述对应的影像传感器的有效感测区域。其中，每一个像素单元均包括三原色(红、绿、蓝)像素。较佳地，所述第一影像传感器12以及所述第二影像传感器14均至少包括2048×1536个像素单元。本实施方式中，所述第一影像传感器12以及所述第二影像传感器14可以为Charged-coupledDevice(CCD)传感器或者ComplementaryMetalOxideSemiconductor(CMOS)传感器。

所述3D成像模组100还包括一个存储器20、一个色彩分离单元30、一个处理器40、一个图像处理单元50、一个对应于所述第一取像镜头11的第一驱动器60以及一个对应于所述第二取像镜头13的第二驱动器70。所述存储器20与所述第一影像传感器12以及所述第二影像传感器14相连，所述色彩分离单元30与存储器相连，所述处理器40与所述色彩分离单元30相连，所述图像处理单元50、所述第一驱动器60以及所述第二驱动器70分别与所述处理器40相连，所述第一驱动器60以及所述第二驱动器70还分别与所述第一取像镜头11以及所述第二取像镜头相连。

所述存储器20用于存储所述第一影像传感器12以及所述第二影像传感器14所感测到的图像。

所述色彩分离单元30用于将所述第一影像传感器12以及所述第二影像传感器14所感测到的影像分离为分别用三原色表示的图像。

所述处理器40包括一个调变传递函数(ModulationTransferFunction:MTF)运算模块41、一个物距运算模块42、一个物距判断模块43、一个模糊量运算模块44、一个模糊修正量运算模块45、一个对焦位置运算模块46、一个驱动量运算模块47。所述MTF运算模块41与所述色彩分离单元30相连，所述物距运算模块42与所述MTF运算模块41相连，所述物距判断模块43与所述物距运算模块42相连，所述对焦位置运算模块46以及所述模糊量运算模块44分别与所述物距判断模块43相连，所述驱动量运算模块47分别与所述对焦位置运算模块46、所述第一驱动器60以及所述第二驱动器70相连；所述模糊修正量运算模块45分别与所述模糊修正量运算模块45以及所述图像处理单元50相连。

所述MTF运算模块41用于对所述第一影像传感器12以及所述第二影像传感器14上每一像素单元所感测到的图像区域进行MTF运算，得到对应区域的MTF值。本实施方式中，所述MTF运算模块41对每一像素单元对应的三原色图像分别进行MTF值运算。

所述物距运算模块42用于依据所述MTF运算模块的运算结果，确定每一像素单元所感测到的图像的物距。

所述物距判断模块43用于依据所述物距运算模块42的运算结果，确定当前的拍摄模式。具体地，所述物距判断模块43将所述物距运算模块的运算结果作综合运算，并将该综合运算的结果与一预设的标准值进行比较，根据比较结果确定当前拍摄模式。本实施方式中，所述综合运算为对所述物距运算模块42所得到的每一像素单元所感测到图像的物距进行采样，并根据采样的数据运算得到用于表征当前拍摄主要目标物的距离的物距表征量。所述预设的标准值用于区分当前拍摄模式为近焦模式或者远焦模式，本实施方式中，所述标准值为40cm，如果所述物距表征量大于40cm，则当前拍摄模式为远焦模式，如果所述物距表征量小于(等于)40cm，则当前拍摄模式为近焦模式。

所述模糊量运算模块44用于依据所述MTF运算模块41的运算结果，确定该每一像素单元运算所得到的MTF值与对应物距内标准MTF值的差异，并根据该差异确定每一像素单元所感测到的图像的模糊量。所述标准MTF值为每一像素单元在对应物距内所感测到的最清晰图像区域的MTF值，因此，所述MTF运算模块41运算得到的每一个像素单元的MTF值与对应的标准MTF值之间的差异可以表征每一像素单元所感测到的图像的模糊量。本实施方式中，所述模糊量运算模块44对每一像素单元的三原色图像分别进行模糊量运算。所述模糊量运算模块44依据所述物距判断模块43所确定的拍摄模式而确定是否其功能是否开启。本实施方式中，当所述物距判断模块43判断当前拍摄模式为远焦模式时，所述模糊量运算模块44功能开启，当所述物距判断模块43判断当前拍摄模式为近焦模式时，所述模糊量运算模块44功能关闭。

所述模糊修正量运算模块45用于根据所述模糊量运算模块44所得到的模糊量，确定对每一像素单元所感应到的图像进行模糊修正的修正量。本实施方式中，所述模糊修正量运算模块45对每一像素单元的图像分别进行三原色的模糊修正量运算。

所述对焦位置运算模块46用于根据所述物距运算模块42的运算结果，确定所述第一取像镜头11以及所述第二取像镜头13的最佳对焦位置。所述对焦位置运算模块46依据所述物距判断模块43所确定的拍摄模式而确定是否其功能是否开启。本实施方式中，当所述物距判断模块43判断当前拍摄模式为近焦模式时，所述对焦位置运算模块46功能开启，当所述物距判断模块43判断当前拍摄模式为远焦模式时，所述对焦位置运算模块46功能关闭。

所述驱动量运算模块47用于根据所述物距运算模块42所得到的取像镜头10的最佳对焦位置，确定所述第一取像镜头11以及所述第二取像镜头13的对焦驱动量。

所述图像处理单元50用于根据所述模糊修正量运算模块45所得到的修正量，对每一像素单元所感应到的图像进行模糊修正，以得到清晰图像。本实施方式中，所述图像处理单元50对每一像素单元的图像进行三原色的修正。所述第一影像传感器12以及所述第二影像传感器14所感测到且经模糊修正后的图像存储于所述存储器20内。

所述第一驱动器60以及所述第二驱动器70分别用于根据所述驱动量运算模块47所得到的第一取像镜头11一及第二取像镜头13的对焦驱动量驱动所述第一取像镜头11以及所述第二取像镜头13至最佳对焦位置。本实施方式中，所述第一驱动器60以及所述第二驱动器70为压电式马达，当然，所述第一驱动器60以及所述第二驱动器70也可以为音圈马达等其它类型的驱动组件。所述第一取像镜头11以及所述第二取像镜头13被所述第一驱动器60以及所述第二驱动器70驱动至最佳对焦位置后，所捕捉到的图像存储于所述存储器20内。

所述3D成像模组100包括一个图像合成单元80，所述图像合成单元80用于读取所述存储器20内经所述第一驱动器60以及所述第二驱动器70对焦后的图像或者经所述图像处理单元50进行模糊修正后的图像，并对所述图像进行合成，得到3D图像。具体地，所述图像合成单元80每次读取经过对焦或者模糊修正后的所述第一成像单元A以及所述第二成像单元B在同时对同一场景以不同角度所捕捉的图像，并依据所述第一成像单元以及所述第二成像单元对同一场景的不同拍摄角度还原所述场景内物体的深度及远近信息，得到具有视觉深度及远近的图像。

请参阅图2，本发明实施方式的3D成像方法应用上述实施方式所述的3D成像模组，该3D包括如下步骤：

以两个成像单元同时分别以不同角度对同一场景进行拍摄；

将所述两个成像单元的影像传感器所感测到的图像分别进行色彩分离，所述图像分别表示为红、绿、蓝三原色图像；

对所述两个成像单元的影像传感器每一像素单元所感测到的图像区域进行MTF运算，得到每一像素单元所感测到的图像区域对应的MTF值；

依据所述每一像素单元所感测到的图像的MTF值确定所述每一像素单元所感测到的图像的物距；

依据所述每一像素单元所感测到的图像的物距，确定当前拍摄模式；

如果当前拍摄模式为近焦模式，则进行下列步骤：

依据所述每一像素单元所感测到的图像的物距，分别确定所述两个成像模块的取像镜头最佳对焦位置；

依据所述最佳对焦位置分别确定所述两个成像模块的取像镜头的对焦驱动量；

依据所述对焦驱动量分别驱动所述两个成像模块至取像镜头的最佳对焦位置；

对所述两个成像单元所捕捉的经对焦后的图像进行合成，得到3D图像；

如果当前拍摄模式为远焦模式，则进行下列步骤：

依据所述每一像素单元所感测到的图像区域对应的MTF值，确定对应像素单元所感测到的图像的模糊量；

依据所述每一像素单元所感测到的图像的模糊量，确定对应像素单元所感测到的图像的模糊修正量；

依据所述模糊修正量，对每一像素单元所感测到的图像进行模糊修正；

对所述两个成像单元所捕捉的经模糊修正后的图像进行合成，得到3D图像。

所述3D成像模组以及以及3D成像方法利用软件计算仿真的方式确定被摄物体的物距，并根据物距的情形确定当前拍摄模式，依据拍摄模式选择软件计算方式或者驱动取像镜头的方式进行对焦，可以达成无论近焦还是远焦拍摄模式下，都能够得到对焦清晰的图像，将两个成像单元同时拍摄的关于同一场景的图像进行合成，因此可以得到更为清晰的3D图像。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种3D成像模组，其包括一个第一成像单元以及一个第二成像单元、一个与所述第一成像单元以及所述第二成像单元相连接的存储器、一个与所述存储器相连接的色彩分离单元、一个与所述色彩分离单元相连接的处理器、一个与所述处理器相连接的图像处理单元，分别与所述处理器相连接的一个第一驱动器以及一个第二驱动器，以及一个图像合成单元；所述第一成像单元以及所述第二成像用于同时以不同角度捕捉同一场景的图像；所述存储器用于存储所述第一成像单元以及所述第二成像单元所捕捉的图像；所述色彩分离单元用于将所述第一成像单元以及所述第二成像单元所捕捉到的图像分别用红、绿、蓝三原色表示；所述处理器用于分别对所述第一成像模块以及所述第二成像模块所捕捉到的图像进行MTF运算，根据运算结果确定每一像素单元所感测到的图像的物距，然后依据该物距来确定当前拍摄模式，在当前拍摄模式为远焦模式时，控制所述图像处理单元，在当前拍摄模式为近焦模式时，控制所述第一驱动器及第二驱动器；所述图像处理单元用于通过图像处理方式对所述第一成像单元以及所述第二成像单元所捕捉到的图像进行失焦模糊修正；所述第一驱动器以及所述第二驱动器分别用于对所述第一成像单元以及所述第二成像单元进行对焦；所述图像合成单元用于将所述第一成像单元以及所述第二成像单元所捕捉的经所述图像处理或者对焦后的图像进行合成，得到3D图像。

2.如权利要求1所述的3D成像模组，其特征在于：所述第一成像单元包括一个第一取像镜头以及一个与所述第一取像镜头的光轴对准的第一影像传感器，所述第二成像单元包括一个第二取像镜头以及一个与所述第二取像镜头的光轴对准的第二影像传感器，所述第一取像镜头以及所述第二取像镜头中的每一个均包括至少一具有正光角度的非球面镜片。

3.如权利要求2所述的3D成像模组，其特征在于：所述处理器包括一个MTF运算模块、一个物距运算模块、一个物距判断模块、一个模糊量运算模块、一个模糊修正量运算模块、一个对焦位置运算模块以及一个一个驱动量运算模块；所述MTF运算模块用于对所述第一影像传感器以及所述第二影像传感器上每一像素单元所感测到的图像区域进行MTF运算，得到对应区域的MTF值；所述物距运算模块用于依据所述MTF运算模块的运算结果，确定每一像素单元所感测到的图像的物距；所述物距判断模块用于依据所述物距运算模块的运算结果，确定当前的拍摄模式；所述模糊量运算模块用于依据所述MTF运算模块的运算结果，确定该每一像素单元运算所得到的MTF值与对应物距内标准MTF值的差异，并根据该差异确定每一像素单元所感测到的图像的模糊量；所述模糊修正量运算模块用于根据所述模糊量运算模块所得到的模糊量，确定对每一像素单元所感应到的图像进行模糊修正的修正量；所述对焦位置运算模块用于根据所述物距运算模块的运算结果，分别确定所述第一取像镜头以及所述第二取像镜头的最佳对焦位置；所述驱动量运算模块用于根据所述物距运算模块所得到的所述第一取像镜头以及所述第二取像镜头的最佳对焦位置，确定所述第一取像镜头以及所述第二取像镜头的对焦驱动量。

4.如权利要求3所述的3D成像模组，其特征在于：所述MTF运算模块对每一像素单元对应的三原色图像分别进行MTF值运算。

5.如权利要求3所述的3D成像模组，其特征在于：所述物距判断模块将所述物距运算模块的运算结果作综合运算，并将该综合运算的结果与一预设的标准值进行比较，根据比较结果确定当前拍摄模式，所述综合运算为对所述物距运算模块所得到的每一像素单元所感测到图像的物距进行采样，并根据采样的数据运算得到用于表征当前拍摄主要目标物的距离的物距表征量。

6.如权利要求5所述的3D成像模组，其特征在于：所述预设的标准值为40cm，如果所述物距表征量大于40cm，则所述物距判断模块判断当前拍摄模式为远焦模式，如果所述物距表征量小于或者等于40cm，则所述物距判断模块判断当前拍摄模式为近焦模式。

7.如权利要求6所述的3D成像模组，其特征在于：当前拍摄模式为远焦模式时，所述模糊量运算模块功能开启，当前拍摄模式为近焦模式时，所述对焦位置运算模块功能开启。

8.如权利要求1所述的3D成像模组，其特征在于：所述第一驱动器以及所述第二驱动器为压电式马达。

9.一种3D成像方法，其包括如下步骤：

以两个成像单元同时分别以不同角度对同一场景进行拍摄；

将所述两个成像单元的影像传感器所感测到的图像分别进行色彩分离；

对所述两个成像单元的影像传感器每一像素单元所感测到的图像区域进行MTF运算，得到每一像素单元所感测到的图像区域对应的MTF值；

依据所述每一像素单元所感测到的图像的MTF值确定所述每一像素单元所感测到的图像的物距；

依据所述每一像素单元所感测到的图像的物距，确定当前拍摄模式；

如果当前拍摄模式为近焦模式，则进行下列步骤：

依据所述每一像素单元所感测到的图像的物距，分别确定所述两个成像模块的取像镜头最佳对焦位置；

依据所述最佳对焦位置分别确定所述两个成像模块的取像镜头的对焦驱动量；

依据所述对焦驱动量分别驱动所述两个成像模块的取像镜头至最佳对焦位置；

对所述两个成像单元所捕捉的经对焦后的图像进行合成，得到3D图像；

如果当前拍摄模式为远焦模式，则进行下列步骤：

依据所述每一像素单元所感测到的图像区域对应的MTF值，确定对应像素单元所感测到的图像的模糊量；

依据所述每一像素单元所感测到的图像的模糊量，确定对应像素单元所感测到的图像的模糊修正量；

依据所述模糊修正量，对每一像素单元所感测到的图像进行模糊修正；

对所述两个成像单元所捕捉的经模糊修正后的图像进行合成，得到3D图像。